微重力

摘要： 液滴热毛细迁移是微重力流体科学中的典型科学问题,微重力液滴动力学研究不仅具有流体力学的理论意义,而且具有重要的实际应用价值.建立了二维轴对称激光驱动液滴迁移模型,通过仿真计算研究微重力环境下激光驱动液滴迁移的过程,研究了液滴直径、母液参数等对液滴迁移速度及行为的影响.首先研究了母液和液滴对激光系数均较小,液滴初始位置不同时液滴的迁移行为;然后研究了母液对激光吸收系数较小,液滴对激光吸收系数较大时,不同液滴直径与母液宽度比条件下液滴的迁移行为.仿真结果表明:当母液和液滴对激光的吸收系数都很小时,液滴迁移的方向主要受到液滴初始位置的影响;当母液对激光的吸收系数较小,液滴对激光的吸收系数较大时,液滴会朝激光方向迁移,液滴初始位置对迁移方向影响较小,但液滴直径与母液宽度之比会影响液滴迁移行为.将模拟结果与YGB理论对比,仿真结果与理论结果趋势一致.研究激光驱动液滴迁移的物理机制,探索界面张力作用机理,得到激光驱动液滴迁移的规律,探索对液滴的驱动控制方法.

摘要： 空间微重力环境中,由于重力基本消失,表面张力等次级力发挥主要作用,流体行为与地面迥异,因此有必要深入探究微重力环境中的流体行为规律和特征.板式贮箱利用板式组件在微重力环境中对流体进行管理,从而为推力器提供不夹气的推进剂,这对航天器精确进行姿态控制、轨道调整具有重要意义.板式组件中常包含成一定夹角的平板结构,比如蓄液叶片之间.本文研究了微重力环境中成一定角度平板间的表面张力驱动流动问题,考虑了液体与壁面的动态接触角、对流引起的压力损失、黏滞阻力、液池内弯曲的液面等因素的影响,推导出了表面张力驱动流动中液体爬升高度的二阶微分方程.该方程可用四阶Runge-Kutta方法求解.通过同时考虑两个主导力,可将流动过程分为三个阶段,并得到了不同阶段内的爬升高度的近似方程.本研究建立了6个不同尺寸的计算模型、选用3种不同型号的硅油,利用有限体积法开展仿真工作,仿真结果与理论结果吻合良好,验证了理论解的正确性.本文的研究结果可为板式贮箱的研制和空间流体管理提供理论依据和数据支撑.

摘要： 宏观颗粒体系的有序堆积研究可以为热系统中微观粒子的自组装提供研究模型,也有助于工业生产中提高颗粒材料的填充率.实验发现圆筒中的圆角立方体颗粒受容器往复旋转剪切作用会实现有序堆积.为探究旋转圆筒中立方体颗粒有序堆积过程的内部结构演化过程和动力学机理,采用超二次曲面方程构造了圆角立方体颗粒,基于离散元方法对旋转剪切作用下圆角立方体颗粒有序堆积过程开展数值模拟研究.模拟复现了实验中立方体颗粒从随机堆积状态向有序致密堆积状态转变的过程,给出了体积分数和有序度参数在容器不同运动条件下随旋转次数增加的变化规律.结果表明,立方体颗粒的体积分数和有序度表现为随着容器旋转次数增加而逐渐增大直至稳定的变化趋势.体系的有序堆积过程由外层颗粒开始逐渐向内部颗粒扩展.通过调控容器旋转角位移发现颗粒完成有序堆积过程所需的特征旋转次数与容器旋转角位移呈现反比例关系.旋转角位移过低,体系只会形成两种颗粒团簇共存的结构,即某一面平行容器底面的颗粒团簇与面对角线平行重力方向的颗粒团簇共存.研究也发现在亚重力环境下立方体颗粒同样可以通过容器的旋转实现有序堆积.重力加速度的减少会抑制立方体颗粒从无序堆积向有序堆积的转变.

摘要： 为实现液氢在空间中安全高效应用,针对微重力条件下液氢膜态沸腾现象,建立了加热细丝浸没在过冷液氢池中的数值计算模型。采用VOF方法捕捉相界面,相变模型选取Lee模型,利用文献中的实验数据验证了模型的准确性。从气泡运动行为和换热特性两方面开展研究,结果发现液体过冷度和重力水平是影响换热机理的两个重要因素。在高重力水平、低液体过冷度的条件下,加热细丝上方持续产生气泡并脱离,随着重力水平的降低,气泡脱离直径和气泡生长时间逐渐增大,流体与壁面间换热量随之降低。在低重力水平、高液体过冷度条件下,气膜附着在加热丝表面不断晃动,没有气泡的产生与脱落现象。对于液体过冷度为2 K,壁面过热度为30 K的工况,气泡是否脱落的临界重力在0.1 g至0.15 g之间。

摘要： 为保证低温推进剂在轨安全储存,提高主动控压系统效率,开展微重力下“气枕”的构型及形变特性的研究至关重要。采用流体体积函数法模拟微重力条件下低温液体推进剂贮箱内“气枕”的形变特性及液-固接触角、重力水平等因素对“气枕”构型的影响。结果表明:由于表面张力作用的存在,液体沿着壁面依附爬升,贮箱内“气枕”最终构型为椭球形回转体。在液体爬升过程中,液体对固体的浸润度随液-固接触角及重力水平的增大而减小,当重力水平小于10-3g,液-固接触角小于20°时,液体浸润面积占比最大,对于低温推进剂长期在轨储存最有利。

摘要： 超高微重力水平的卫星平台在空间引力波探测、地球重力场测量中发挥着重要的作用,脉冲微推力器可以帮助微重力卫星实现姿态控制.微冲量是评价脉冲微推力器性能的重要指标之一,常用的基于扭摆的微冲量测量方法有两种,方法一是根据单个冲量元瞬间作用于无阻尼扭摆后,扭摆转动最大角位移计算冲量,方法二是根据高固定频率的连续脉冲作用于有阻尼扭摆后,扭摆转动的平均角位移计算冲量.为了在地面实现对脉冲微推力器的微冲量测量,利用已有的基于扭摆的亚微牛级推力测量系统,进行了实验研究.利用静电梳齿产生的标准静电力标定已有的扭摆推力测量系统,通过电容式位移传感器测量扭摆角位移,进而得到推力与角位移的关系,以及其他扭摆系统参数;然后,根据两种冲量测量方法,再以电磁螺线圈与永磁体分别产生瞬时磁力与固定频率的磁力作用于扭摆,研究推力测量系统微冲量测量性能.实验结果表明:使用方法一时,推力测量系统冲量测量范围为0.05~220μN·s,分辨力可达到0.02μN·s;而利用方法二测量微冲量相比于方法一而言,能够扩大冲量测量范围,提高冲量分辨能力.

摘要： 目的 建立小鼠鼠尾悬吊模型模拟微重力效应,探究雄性和雌性小鼠在微重力下骨量变化特征,以及小鼠对抗微重力的性别差异。方法 (1)3个月大的雌、雄小鼠各10只,随机分为对照组和悬吊组,每组5只,其中悬吊组在特制鼠尾悬吊笼中饲养1个月,而对照组小鼠在正常鼠笼中饲养1个月,其他条件与悬吊组一致。(2)实验期间,记录4组小鼠一般特征如体重等,并观察悬吊饲养小鼠的行为、外观特征。(3)悬吊结束后,取各组小鼠的股骨,进行显微CT扫描、骨形态计量分析和股骨切片H&E染色。结果 悬吊组小鼠状态良好,雄性和雌性小鼠分别在悬吊后0~7 d和0~14 d体重下降,之后体重缓慢上升,并接近对照组小鼠。悬吊组小鼠股骨较对照组呈现出显著的骨质疏松特征,主要表现为骨小梁变少、变细,显微CT数据显示骨矿物质密度(bone mineral density,BMD)、骨小梁数量(trabecular bone number,Tb.N)、骨小梁厚度(trabecular bone thickness,Tb.Th)、骨小梁相对体积(bone volume/total volume,BV/TV)下降约30%~75%,小梁骨分离度(trabecular bone separation,Tb.Sp)升高约55%~65%,以上骨参数改变均具有显著性差异(P0.05)。股骨H&E染色显示,悬吊组雌雄小鼠均表现出骨小梁减少等骨质疏松特征,两者间的差异不显著。结论 本实验建立的鼠尾悬吊模型可有效导致小鼠产生骨质疏松样改变;鼠尾悬吊法模拟微重力效应产生的骨质疏松在性别间无显著差异。

摘要： 复杂(尘埃)等离子体能够作为实验室物理模型系统,在宏观条件下研究凝聚态物质在原子分子尺度上的结构与动力学过程,以及相动力学和统计热力学过程,揭示复杂物理过程的微观机制。大尺度均匀三维复杂等离子体的制备需要微重力条件。综述选取近年来依托国际空间站PK-3 Plus复杂等离子体实验室开展的“行”结构组织与演化、尘埃声波与孤波在界面的传输、光泳驱动现象、马赫锥与界面波的形成4个具有代表性的实验研究,介绍空间站微重力二元分相复杂等离子体实验研究进展。

摘要： 本刊刊载的两篇文章,继去年被美国航空与宇航学会(AIAA)主办的工程技术类学术期刊JOURNAL OF THERMOPHYSICS AND HEAT TRANSFER(JTHT)发表论文评价引用后,近日又被国际微重力与空间探索相关研究杂志Microgravity Science and Technology(《微重力科学与技术》)最新发表文章《On-orbit Test and Analyses of Operating Performances for Mechanically Pumped Two phase Loop in Microgravity Environment》评价引用。该文不仅在引言部分综述了相关工作,更是在正文中单独列出一节,基于学报这两篇文章提出的两相系统主导作用力分区准则,评估了所用机械泵驱两相回路系统装置特性,用来支持作者关于系统性能的天地异同分析结论。

摘要： “陈家镛先生的一生都在把对党的忠诚、对国家的热爱,用科学家特有的一种非常纯粹的方式表达在自己的言行中,也在深刻地影响着同事、教育着学生,是真正的‘大先生’!”北京时间2017年2月15日,中国与以色列合作的微重力化工科学实验卫星—“陈家镛一号”搭载印度空间研究组织的“PSLV-C37”运载火箭成功发射。

摘要： 本文对不同重力条件下高速微型泵的空化性能进行了研究.微型泵的设计流量为8L/min,转速为8000r/min.本文采用了RANS模型和均匀空化模型来计算微型泵的空化流动.为了适应微重力环境下的空化模拟,控制方程中考虑了表面张力项、液体与流道壁面的接触角.通过数值模拟发现微型泵在微重力下的扬程略高于常重力下的扬程,而效率却没有可见的差异.对于两种情况,空化都是在叶片吸力面靠近前缘处初生,而后向下流叶片的流道发展.对比两种情况下的空泡体积大小和NPSHr,可以发现微重力下的空化性能优于常重力下的空化性能.

摘要： 中长期空间飞行过程中,微重力诱导的骨质流失是威胁航天员健康的主要风险因素之一.成骨细胞作为骨形成的主要功能细胞,其形态、结构及成骨活性在微重力环境下将发生改变.地面模拟和短期飞行实验研究表明,微重力引起成骨细胞骨架结构重排,细胞活性和成骨分化因子的表达受到抑制,进而抑制骨形成,这一结果有待通过真实空间实验进行验证.本研究利用中国首艘货运飞船的长时程飞行机会,通过构建LifeAct-TagGFP2标记成骨细胞,实时观察微重力环境下成骨细胞微丝骨架蛋白(F-actin)的动态重组过程,分析实时图像获得空间飞行对成骨细胞形态和增殖的影响;利用茜素红染色技术,检测空间飞行7-21天后微重力引起成骨细矿化结节形成的改变.此外,通过构建CKIP-1基因沉默的成骨细胞,检测负调控子CKIP-1对微重力诱导成骨矿化能力下降的对抗作用.本文结果有助于进一步揭示空间骨质流失发生的细胞机制,对空间骨质流失对抗措施的研究具有借鉴意义.

摘要： 目的:研究模拟微重力诱导细胞微丝结构变化对一氧化氮/一氧化氮合酶(NO/NOS)系统的调控作用,探讨失重导致骨质疏松的机制.方法:本研究以小鼠成骨样细胞株(MC3T3-E1)作对象,以四转器模拟微重力效应.实验将细胞分为4组:模拟微重力组、5μg/ml细胞松弛素B组、模拟微重力+0.5 μg/ml细胞松弛素B组及对照组正常重力组.培养48 h后,利用FITC.Phallacidir进行免疫荧光染色.在激光共聚焦显微镜下观察各组细胞微丝的变化;同时使用NOS分型试剂盒测定各组细胞NOS的酶活性,通过硝酸还原酶法检测各组细胞培养液中NO浓度.结果:除了正常重力组外,其余各组呈现不同程度的细胞微丝结构解聚,张力纤维减少,且排列紊乱,以模拟微重力+0.5μg/ml细胞松弛索B组改变最为明显.与正常重力组相比,其余各组诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的酶活性和NO的浓度均提高,内皮型一氧化氮合酶(eNOS)的酶活性则有所下降,均以模拟微重力+0.5μg/ml细胞松弛素B组变化最为明显.结论:推测微重力诱导细胞骨架微丝解聚,可以调控NO/NOS系统而影响信号传导.

摘要： 针对航天器中电子器件的高效冷却问题，本文提出一种新的强化表面结构，主要利用干式腐蚀技术在单晶硅表面形成方柱微结构(称作PF30-60),为了获得高热流或临界热流密度值，通过控制加热电压方法，在北京落塔进行了持续3.6s有效微重力时间的过冷FC-72池沸腾强化换热实验研究。同时，通过可视化高速摄像对壁面气泡动态行为进行观测分析，其结果发现，利用方柱微结构不仅可以有效增加核态沸腾汽化核心数目而且利用其独立于重力作用的热毛细作用力可以驱动新鲜液体不断向附着在壁面上的合并大气泡底部供应，最后，在较高热流密度下，方柱微结构表面仍然可以维持稳定的核态池沸腾换热，相比光滑表面，换热显著强化。

摘要： 本文通过利用采集的稠油开发区的微重力数据，在滤波和场分离等处理后，根据地下微重力的变化来预测蒸汽腔的分布，从预测的蒸汽腔分布探讨了抽油端的发展方向。这一结果与地震等其他方法结果吻合。实现了稠油开发中蒸汽腔的变化监测，从而确定剩余油藏和高温蒸汽的分布，指导下一步的注汽开采方案设计，提高稠油采收效率，降低采油成本。

摘要： 在航空航天事业飞速发展的今天，微重力条件下鼓泡流化床内的气固两相流体动力特性的研究具有十分重要的意义。本文主要应用试验[1]给定的参数进行微重力条件下的鼓泡流化床模拟，着重研究火星和天王星重力下的鼓泡流化床内流体动力特性。模拟中固相采用离散硬球模型（DPM），气相应用粘性流体模型，曳力采用Beetstra [2] [3] [4]模型，并应用颗粒温度的相关原理进行数据分析。最后得到微重力作用下鼓泡流化床内流体动力特性的变化规律。结果表明微重力条件下鼓泡床中的颗粒速度分布具有规律性的变化，其鼓泡行为与地球重力相比具有较大区别，颗粒温度的分布也具有一定规律。

摘要： 为了提高航天器中电子器件的冷却效率，本文利用干式腐蚀方法形成的方柱微结构(PF50-60), 通过控制加热电流方法，在北京落塔进行了持续3.6 s 有效微重力时间的过冷FC-72 池沸腾强化换热实验研究。相比光滑表面，方柱微结构表面利用其独立于重力水平的毛细作用力，显著地强化了微重力沸腾换热。

摘要： 空间微重力为冷原子钟提供了一个优越的工作环境.在微重力环境下,抛射的冷原子可以匀速直线运动,因此,对于一微波腔,和微波相互作用时间仅决定于冷原子的运动速度,从而在空间可以很容易获得比地面更长的相互作用时间.我们设计了空间冷原子钟,经历了原理样机、初样和正样研制,完成了所有和空间工程相关的试验,通过了所有功能和性能测试,为下一步空间搭载测试做好准备.本文全面总结了空间冷原子钟的原理、关键技术、关键工艺以及研制流程,为冷原子相关的空间项目提供经验和参考.

摘要： 本文采用数值模拟和理论分析方法研究了微重力环境下液滴的热毛细迁移.首先,采用界面追踪方法数值模拟了中高Marangoni数下平面不变形液滴在附加温度梯度的流场中的热毛细迁移.研究发现在中Marangoni数下,液滴迁移可以达到定态;而在高Marangoni数下,液滴迁移处于非定态.大Maragoni数下的数值模拟结果是与实验观测定性相符的.采用渐进展开方法,发现在大Marangoni数下液滴的定态热毛细迁移存在非守恒的积分界面热流.表明大Marangoni数下,液滴热毛细迁移不能达到定态而保持非定态过程.

摘要： 针对低温推进剂的长期在轨储存，分析了进行低温推进剂空间质量测量的必要性,阐述了开展低温推进剂空间质量测量的要求及其发展概况。介绍了几种微重力下低温推进剂的测量方法、测量原理及研究进展,最后指出压缩质测计法(CMG)、光学质测计法(OMG)、压力-体积-温度法(PVT)、射频质测计法(RF)以及商业上的低温跟踪器都是有希望应用于微重力下进行低温推进剂质量测量的方法,但是都需要进一步研究和试验。

摘要： 地面微重力下材料熔炼和焊接实验装置及基于该装置实现微重力下材料熔炼方法和焊接方法，涉及一种微重力地面实验装置；为了解决现有微重力装置，因存在空气阻力和存在外力介入，产生了并非真正意义的微重力环境的问题，本发明包括它包括真空系统、热源、夹持抛射装置和缓冲装置，所述的真空系统包括真空室和抽真空装置，所述的真空室的抽气孔与抽真空系统的抽真空孔连通，所述的热源固定在真空室内部顶端的中心位置，所述的夹持抛射装置固定在真空室内部的侧壁上，所述的缓冲装置置于真空室内部底面，且缓冲装置位于热源的正下方；本发明主要适用于微重力科学领域。

摘要： 本发明涉及一种悬浮生物细胞高效培养的膜生物反应器装置，特别涉及一种用于微重力和模拟微重力环境下的膜生物反应器，主要用于微重力环境和作为地面模拟微重力实验装置进行悬浮生物细胞的长时间培养和生物学效应研究以及重组蛋白的高效制备研究。包括生物反应器主体、供气系统、液体加注系统、搅拌系统、参数测量控制系统、排气系统和取样系统，其中，参数测量控制系统包括pH值参数测量控制系统、温度参数测量控制系统、溶氧参数测量控制系统和压力参数测量控制系统。本发明的膜生物反应器装置能实现微重力环境和地面模拟微重力环境下悬浮生物细胞的长时间高效培养、多参数实时检测和自动调控。

摘要： 本发明公开了在重力或微重力下测量深沟球轴承摩擦力矩的装置和方法，涉及轴承摩擦力测量领域。本发明包括安装板，其特征在于，在安装板上同轴安装的扭矩传感器、偏心块；在扭矩传感器、偏心块之间的传动轴上套设待测深沟球轴承；在安装板上安装驱动装置，以驱动扭矩传感器转动，带动偏心块转动。本发明消除了负载的重力干扰，并解决了微重力下深沟球轴承摩擦力难以直接测量的问题，使测量微重力下深沟球轴承的摩擦力更为方便、准确。

摘要： 本发明涉及微重力测量技术领域，具体为一种用于微重力双体落舱的缓冲固定结构及微重力双体落舱，包括缓冲块和若干利镞，所述利镞设置于内舱的底面上；所述缓冲块设置于利镞下方的外舱内部底面上；在微重力测试实验中，可在舱体坠落试验结束时，通过内舱底端的利镞和外舱内部底面上的缓冲块的配合作用，对内舱形成缓冲减速，吸收内舱的动能，防止内、外舱的直接碰撞，并通过缓冲块与利镞间的摩擦力固定内舱，达到防止其反弹的效果，相比于传统的机械固定结构，本发明提供的利镞‑缓冲块，结构构造简单，且减速过程柔和均匀，不会对零件造成二次伤害；解决了技术中存在的在微重力测量中，内舱和外舱之间碰撞或反弹导致的舱内结构和仪器受损的问题。

摘要： 一种高微重力科学实验装置，所述高微重力科学实验装置包括三个不可分离的级，至少一级搭载有效载荷装置，且所述级被放置在另外两级的之间。高微重力科学实验装置弹头锥尖竖直向下。使用所述高微重力科学实验装置制造高微重力环境并回收高微重力科学实验装置的方法包括以下阶段：a)用充装氦气的无人驾驶自由气球将吊载2.4GHz频段立方体卫星挂载高微重力科学实验装置浮力飞行至航区内的预定高度；b)在预定高度(高微重力科学实验装置下落飞行的速度＝0m/s)，解脱挂耳释放高微重力科学实验装置自由落体运动制造高微重力环境并落入在弹着区。

摘要： 本发明提出一种适用于微重力落塔试验的高微重力水平测量方法，属于极端环境测试技术领域，包括如下步骤：第一步、确定测量单元几何尺度及测试用工质种类；第二步、对测量单元内部进行洁净化处理；第三步、测量单元内部的测试用工质进行封装；第四步、微重力水平校准；至此，完成高微重力水平的有效测量。本发明可显著降低微重力水平测量的响应时间，且能够满足10‑6g级别高微重力水平的测量，解决了现有机械式微重力测量无法实现10‑6g级别微重力水平的测量，测量响应时间无法满足微重力落塔微重力水平测量的问题，具有突出的实质性特点和显著的进步。

摘要： 地面微重力下材料熔炼和焊接实验装置及基于该装置实现微重力下材料熔炼方法和焊接方法，涉及一种微重力地面实验装置；为了解决现有微重力装置，因存在空气阻力和存在外力介入，产生了并非真正意义的微重力环境的问题，本发明包括它包括真空系统、热源、夹持抛射装置和缓冲装置，所述的真空系统包括真空室和抽真空装置，所述的真空室的抽气孔与抽真空系统的抽真空孔连通，所述的热源固定在真空室内部顶端的中心位置，所述的夹持抛射装置固定在真空室内部的侧壁上，所述的缓冲装置置于真空室内部底面，且缓冲装置位于热源的正下方；本发明主要适用于微重力科学领域。

摘要： 本发明涉及一种悬浮生物细胞高效培养的膜生物反应器装置，特别涉及一种用于微重力和模拟微重力环境下的膜生物反应器，主要用于微重力环境和作为地面模拟微重力实验装置进行悬浮生物细胞的长时间培养和生物学效应研究以及重组蛋白的高效制备研究。包括生物反应器主体、供气系统、液体加注系统、搅拌系统、参数测量控制系统、排气系统和取样系统，其中，参数测量控制系统包括pH值参数测量控制系统、温度参数测量控制系统、溶氧参数测量控制系统和压力参数测量控制系统。本发明的膜生物反应器装置能实现微重力环境和地面模拟微重力环境下悬浮生物细胞的长时间高效培养、多参数实时检测和自动调控。

摘要： 一种适用于微重力环境下模拟重力培养细胞的装置，它涉及细胞培养领域，本发明要解决目前微重力条件下，无法同时模拟多组重力环境的细胞培养，且存在无法有效补充细胞培养所需气体，以及较难实现细胞培养瓶不同转速的调节的问题。本发明通过电机带动转盘转动，利用转动机构的阶梯齿轮轴与转盘开口内壁上的齿条相互齿接。环形支撑座通过倒“L”型结构的伸缩调节架与基座连接，通过调节伸缩调节架不同的调节杆，实现对阶梯齿轮轴的水平方向与竖直方向的调节。从而实现，阶梯齿轮轴上不同直径的轴表面齿条与转盘内壁上的齿条齿接，实现培养皿在不同的转速下转动，可以模拟不同重力的条件。本发明应用于细胞培养领域。

摘要： 本发明涉及一种测量绝对重力和微重力的装置和方法，在地球表面、地球表面附近或太空中，当音圈电机驱动第一角锥棱镜做自由落体运动时，第一非偏振分束立方将接收到激光进行分束后，分别射至第一角锥棱镜和第二非偏振分束立方，第一角锥棱镜将接收到的激光反射至第二非偏振分束立方，第二非偏振分束立方将接收到的两束激光进行合束后射至第一硅探测器，第一硅探测器按照时间顺序采集多个电压值，芯片根据第一硅探测器按照时间顺序所采集的多个电压值得到绝对重力或微重力。